研究的現狀及其意義引言：隨著社會生產和科學技術的飛速發展，機械生產的日益復雜，需要越來越復雜的技術，普通的機床已經不能滿足這些要求，所以數控機床得到了發展。這種新型的機床具有適應性強，加工精度高，加工質量穩定，生產效率高的優點而得到普遍的應用。它綜合應用了電子計算機，自動控制，伺服驅動，機密測量和新型機械結構等多方面的技術成果，是未來機床發展的主流趨勢。1.1．國內研究現狀目前機床數控化改造的市場在我國還有很大的發展空間，現在我國機床數控化率不到3％。用普通機床加工出來的產品普遍存在質量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業的產品、市場、效益，影響企業的生存和發展，所以必須大力提高機床的數控化率[1]。數控機床的改造在國外已發展成一個新興的工業部門，早在60年代已經開始迅速，發展的原因是多方面的，主要有技術，經濟，市場和生產商的原因。我國是擁有300多萬臺機床的國家。而這些機床又大多是多年累計生產的普通機床，不論資金和我國機床制造廠的能力都是辦不到的，因此，盡快將我國現有一部分普通機床實現自動化改裝，是我國現有設備技術改造迫切需要解決的課題。[2]用數控技術改造機床，正是適應了這一要求。它是建立在微電子現代技術與傳統技術相結合的基礎上。在機床改造中引入微觀的應用，不但技術上具有先進性，同時，在應用上比其他傳統的自動化改裝方案，有較大的通用性與可調性。而且所投入的改造費用低，一套經濟型數控裝置的價格僅為全功能數控裝置的三分之一到五分之一。[3]從若干但未成功應用的比例可以證明，投入使用后，確實成倍的提高了生產效率，減少了廢品率，取得了顯著的技術經濟效益。因此，我國提出了從大力推廣經濟型數控這一中間技術的基礎上，在足部推廣全功能數控這條道路，適合我國的經濟水平，教育水平和生產水平，已成為我國設備技術改造的主要方向之一。同時，它還可以作為全功數控機床應用的準備階段，為今后使用全功能數控機床，培養人才，積累維護，使用經驗，而且也是實現我國傳統的機械制造技術向機電一體化的方向過渡的主要內容之一。機床的數控改造，主要是對原有機床的結構進行創造性的設計，最終使機床達到比較理想的狀態。數控車床是機電一體化的典型代表，其機械結構同普通的機床有諸多相似之處。然而，現代的數控機床不是簡單地將傳統機床配備上數控系統即可，也不是在傳統機床的基礎上，僅對局部加以改進而成。1.2．國外研究現狀1．2.1．數控機床的產生數控機床起源于美國，1948年，美國帕森斯公司接受美國空軍委托，研制飛機螺旋槳葉片輪廓樣板的加工設備。由于樣板形狀復雜多樣，精度要求高，一般加工設備難以適應，于是提出計算機控制機床的設想。1949年，該公司在美國麻省理工學院伺服機構研究室的協助下，開始數控機床的研究，并與1952年試制成功第一臺有大型立式仿形銑床改裝而成的三坐標數控銑床，不久即開始正式生產[4]。當時的數控裝置采用電子管元件，體積龐大，價格昂貴，只在航空工業等少數有特殊需求的部門用來加工復雜型面零件：1959年，制成了晶體管元件和印刷電路板，是數控裝置進入了第二代，體積小，成本有所下降：1960年以后，較為簡單和經濟的點位控制數控鉆床，和直線控制數控銑床得到較快的發展，是數控機床在機械制造業各部門逐步獲得推廣。1965年，出現了第三代的集成電路數控裝置，不僅體積小，功率消耗小，而且可靠性提高，價格進一步下降，促進了數控機床品種和產量的發展。60年代末，先后出現了有一臺計算機直接控制多臺機床的直接數控系統（簡稱DNC）有成群控系統：采用小型計算機控制的計算機數控系統（簡稱CNC），是數控裝置進土了一小型計算機化為特征的第四代。1974年，研制成功使用微處理器和半導體存儲器的微型計算機數控裝置（簡稱MNC），這是第五代數控系統。第五代與第三代相比，數控裝置的功能擴大了一倍，而體積則縮小為原來的二十分之一，價格降低了四分之三，可靠性也得打了極大的提高。80年代初，隨著計算機軟硬件的技術發展，出現了能進行人機對話時自動編制程序的數控裝置：數控裝置愈趨小型化，可以直接安裝在機床上：數控機床的自動化程度進一步提高，具有自動監控刀具破損和自動檢測工件等功能[5][6]。數控機床主要有數控裝置，伺服機構和機床主題組成。輸入數控裝置的程序指令記錄在信息載體上，由程序讀入裝置接收，或有數控裝置的鍵盤直接手動輸入。數控裝置包括程序讀入裝置和有電子線路促成的輸入部分，運算部分，控制分布和輸出部分等。數控裝置按所能實現的控制功能分為點位控制，直線公職，連續軌跡控制三類。伺服機構分為開環，半閉環和閉環三種類型[7]。為了保證機床具有很大的工藝適應性能和連續穩定工作的能力，數控機床結構設計的特點是具有足夠的剛度，精度，抗震性，熱穩定性和精度保持性。進給系統的機械傳動鏈采用滾珠絲杠，靜壓絲杠和無間隙齒輪副等，以盡量減小反向間隙。機床采用塑料減摩導軌，滾動導軌或靜壓導軌，以提高運動的平穩性病是低速運動是不出現爬行現象。由于采用了寬調速的進給伺服電動機和寬調速的主軸電動機，可以不用或少用處輪傳動和齒輪變速，這就簡化了機床的床動機構。機床布局便于排屑和工件裝卸部分數控機床帶有自動排屑器和自動工件交換裝置。大部分數控機床采用具有微處理器的可編程序控制器，以代替強電柜中大量的繼電器，提高了機床搶點控制的可靠性和靈活性[8]。隨著微電子技術，計算機技術和軟件技術的迅速發展，數控機床的控制系統日益趨向于小型化和多功能，具備完善的自診斷功能：可靠性也大大提高：數控系統本身將普遍實現自動編程。未來的數控機床的類型將更加多樣化，多工序集中加工的數控機床品種越來越多：激光加工等技術將應用在切削加工機床山，從而擴大多工序集中的工藝范圍：數控機床的自動化程度更加提高，并具有多種監控功能，從而形成一個柔性制造單元，更加便于納入高度自動化的柔性制造系統中。1．3．我國數控機床的發展現狀我國從1058年由北京機床研究所和清華大學等首先研制數控機床，并使之成功第一臺電子管數控機床。從1965年開始，研制晶體管數控系統，知道60年代末和70年代初，研制的劈錐數控銑床，非圓錐插齒機等獲得成功。與此同時，還開展了數控加工平面零件自動編程的研究。1972-1979年是數控機床的生產和試用階段。從80年代初開始，隨著我國開放政策的實施，先后從日本，美國，德國等國家引進先進的數控技術。上海機床研究所引進美國GE公司的MTC-1數控系統等。在引進，消化，吸收國外先進技術基礎上，北京機床研究所有開發出BS03經濟數控系統和BS04全功能數控系統，航空航天部706所研制出MNc864數控系統等。進而推動了我國數控技術的發展，是我國數控機床在品種上，性能上以及水泥工商均有了新的飛躍。我國的數控機床已跨入一個新的發展階段[9]。1．3.1.數控機床的發展趨勢高速化。隨著汽車，國防，航空，航天等工業的高速發展以及鋁合金等材料的應用，對數控機床的高速化要求越來越高。高精度化。數控機床精度的要求現在應經不局限于靜態的幾何精度，機床的運動精度，熱變形以及對震動的監測和補償越來越獲得重視。功能復合化。復合機床的含義是指在一臺機床上實現或盡可能的完成從毛坯至成品的多種要素加工。根據其結構特點可分為公益復合型和工序符合性兩類。工藝復合型機床如鏜銑鉆復合加工中心，車銑復合車削中心，喜糖鉆車復合復合加工中心等：工序復合型機床如多面多丑聯動加工的復合機床和雙逐臭車削中心等。采用復合機床進行加工，減少了工件裝卸，更換和調整刀具的輔助時間過程中產生的誤差，提高了零件加工精度，縮短了產品制造周期，提高了生產效率和制造商的市場反應能力，現對于傳統的供需分散的生產方法具有明顯的優勢。加工過程的復合化也導致了機床向模塊化，多愁化發展。德國index公司最新推出的車削加工中心是模塊化結構，該加工中心能夠完成車削，銑削，鉆削，滾齒，磨削，激光熱處理等多種工序，可完成復雜零件的全部加工，隨著現代機械加工要求的不斷提高，大量的多愁聯動數控機床越來越受到各大企業的歡迎。在2005年中國國際機床展覽會上，國內外制造上展出了形式各異的多愁加工機床以及實現了4-5抽聯動的五軸高速門市加工中心，五軸聯動高速銑削中心等?？刂浦悄芑ｋS著人工智能技術的發展，為了滿足制造業生產柔性化，制造自動化的發展需求，數控機床的智能化程度在不斷提高[10]。研究目標、研究內容和擬解決的關鍵問題研究目標1．收集CA614臥式車床的結構、裝配順序。2．溜板箱和刀架的結構設計。3．仿真分析研究內容熟悉了解CA6140臥室車床溜板箱和刀具的基本構成、結合整個車床來設計基本機構、確定溜板箱和刀具的布局問題和刀具刀桿的壓緊方式、裝配順序和加緊問題，了解溜板箱的工作原理。確定好規格來進行溜板箱和刀架刀具的結構設計，CA6140臥式車床的萬能性較大，但結構較復雜而且自動化程度低，在加工形狀比較復雜的工件時，換刀比較麻煩。擬解決的關鍵問題2.3.1.溜板箱的布局問題，絲杠安全防護裝置[11]，刻度環處軸與齒輪的潤滑問題，車床縱向自動進給和快移失靈問題，快移手柄松動問題。[12]，選擇電器元件問題，避免在實際使用中會出現的一些問題。[13]刀具補償，刀具補償是很有必要的，數控車床在編程序的時候會在各個刀架的位置上安排各個刀具的作用，而且每次的刀具的刀尖的位置都是相同的。但是在實際操作過程中，刀具的刀尖位置不能每次都安排在相同的方向，因為刀具的形狀和尺寸都不會是一樣的。采用人工放置刀片位置的行為，是比較困難的，因為人工操作也會有誤差。所以在生產加工過程中必須要進行刀具補償，這樣生產出來的零件或設備才能保持形狀和尺寸上的一致，否則就會有大有小，不符合規格。[14]2.3.2.刀桿的壓緊方式問題，刀具的壓緊方式有以下幾種：P是用刀片的中心圓柱形銷夾緊，而夾緊方式有杠桿式，偏心式等，而且，各刀具商所提供的產品并不一定包括了所有的夾緊方式，因此選用時要查閱產品樣本。各夾緊方式適用不同形式的刀片，如無孔刀片常用上壓式(C型)，陶瓷、立方氮化硼等刀片常用此夾緊方式。D和M型夾緊可靠，適用于切削力較大的場合，如加工條件惡劣、鋼的粗加工、鑄鐵等短屑的加工等。P型前刀面開放，有利于排屑，一般中、輕切削可選用。S型結構簡單緊湊，無阻排屑，是沉孔刀片的夾緊方式，可用正前面刀片，適合于輕切削和小孔加工等。2.3.3.刀具安裝位置不當導致的問題，切削時振動或工件表面有振紋。螺紋牙型誤差，車內孔時出現喇叭孔，切槽或切斷端面與工件軸線不垂直或端面表面粗糙。2.3.4.刀具安裝不牢固問題，車削時出現圓度、圓柱度超差，車端面時垂直度超差，刀片破損。2.3.5.刀尖與工件軸線不等高導致的問題，精加工時工件表面粗糙，車削圓錐時出現雙曲線輪廓，使用一把刀加工臺階輪廓，有的尺寸超差，切槽和車螺紋時產生扎刀現象，車削端面或切斷時，工件留有凸臺，車端面或切斷時，刀具切不動。[15]研究的基本思路和方法、技術路線、實驗方案及可行性分析數控機床能夠適應市場對產品多樣化、高精度和快速響應的加工要求,因此得到了廣泛的應用。但是.商品化的數控機床價格較高，特別是一些大中型的數控機床價格更為昂貴,推廣應用受到限制。改造老機床與購買新機床相比.投資成本較低，而且又能增強系統功能.提高機床設備的技術水平與性能，提高原機床設備的生產效率.給用戶帶來巨大的經濟效益。因此，利用較先進的數控系統對現有普通機床，特別是企業的大中型關鍵設備進行技術改造.對增進企業在市場經濟中的競爭力具有重要意義。[16]然而，在對普通機床進行數控改造中.也遇到許多難題。首先.數控改造涉及到許多學科和技術.包括:機械技術,計算機技術,電氣自動控制技術,液壓控制技術等。因此.要求多類技術人員配合協同工作。其次，數控改造之前，要制定好技術改造方案。實踐表明,一個好的改造方案或技術路線是數控改造成功的重要基礎,并在這個環節嚴格把關.才能保證改造的成功實施。3.1.研究的基本思路和方法（1）先收集了解一些關于CA6140臥式車床的相關資料，實地觀察CA6140臥式車床。對這些資料加以總結分析，清楚了解CA6140臥式車床的每個組成部分，怎么鏈接，各有什么作用，哪些部分是必要的，哪些部分是可以優化的。這樣可以為下面課題展開做好準備。（2）認真分析每一個零件圖，標注，公差尺寸。（3）選擇零件，標準件有不清楚的地方，仔細查閱資料或是請教指導老師，讓老師幫忙看看該如何做出選擇。（4）仿真問題需自己熟悉，熟練各種三維仿真軟件（5）總結設計方案（6）做出仿真動畫3.2.技術路線CA6140臥式車床主要有主傳動鏈和進給傳動鏈兩部分，電動機經主換向機構，主變速機構拖動主軸。主換向機構主要用于切削螺紋時換刀。進給鏈從主軸開始，經進給換向機構、掛輪和進給箱內的進給變換機構、轉換機構—溜板箱內的轉換機構傳至刀架；或經絲桿和溜板箱內的螺母傳至刀架。如圖1所示。圖1CA6140臥式車床傳動框圖查閱各種資料，對CA6140臥式車床熟悉了解查閱各種資料，對CA6140臥式車床熟悉了解確定溜板箱和刀具的結構尺寸、零件利用三維軟件進行建模在仿真軟件上運行查看仿真情況與小組的其他成員負責的部分進行組合查看仿真效果實現CA6140臥式車床的仿真運行圖二研究計劃3.3.可行性分析3.3.1.明確對象的功能、參數及要求設計機構對機床的類型、結構、加工精度、特殊功能進行詳細了解。溜板箱是車床的重要組成部分.，是車床進給運動的操縱箱，內裝有將光杠和絲杠的旋轉運動變成刀架直線運動的機構，通過光杠傳動實現刀架的縱向進給運動、橫向進給運動和快速移動，通過絲杠帶動刀架作縱向直線運動，以便車削螺紋。他與進給箱配合可讓刀架進行螺紋切削，縱、橫向走動進給的快速移動功能，是工人操作最頻繁的部件。主要性能參數：分辨率為8位，電流穩定時間1us，可單緩沖，雙緩沖或直接數字輸入，只需在滿量程下調整其線性度，單一電源供電（+5V～+15V），低功耗。3.3.2.機床機械結構的改造機床的機械結構改造要根據被改造對象的功能要求來進行。總的原則是:運動部件的質量越輕越好,摩擦力越小越好，運動傳動鏈盡可能短.盡可能避開采用多級齒輪減速的方法來調速，同時要保證有一定的機械傳動剛度。(1)改造部分的機械圖設計.包括零件圖、裝備圖;(2)零部件的加工或外購;(3)結構的機械裝配及調試，保證平行度.垂直度.機械傳動剛度以及機械定位精度,重復定位精度。[17][18]參考文獻[1]楊洪巖.淺談機床的數控化改造方法.工業設計,2009,9.11-16[2]蘭通聯.提高數控機床改造精度方法探討.電子機械,2010,5.2-23[3]Jan.Karlsson.ROBOT.INVESTMENT.SSURGE.TO.RECORD.LEVELS.United.Nations.Economic.Commission.for.Europe.Press.Release.ECE/STAT/05/P01.